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纤维浸润性能的检测方法

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《纺织科技进展杂志》2015年第三期

1浸润剂膜的浸润性测试

为了促进树脂对纤维的润湿和粘附,减少生产和使用过程中纤维间的摩擦,避免强度损失,常用浸润剂对纤维表面进行处理。树脂对纤维的浸渍,实际上是树脂对浸润剂膜的浸渍。研究树脂在浸润剂膜表面的浸渍行为对浸润剂的开发和应用具有指导意义。徐丽薇等选用玻璃表面代替裸纤维表面,在玻璃表面涂覆浸润剂,研究了树脂对碳纤维的浸润性。具体实验为,将浸润剂均匀涂覆在玻璃板表面,置于烘箱内烘干成膜。取一定量树脂,在水浴锅中加热,将一块普通玻璃板放在水浴锅的另一个孔上,调好水平后,在玻璃板上放好事先画好的靶环,再将表面有浸润剂膜的玻璃板放在标靶上(有浸润剂的一面朝上)待温度稳定后,恒温半小时,用注射器抽取一定量的树脂,将树脂注射在靶环圆心处,录下铺展的全过程。这种方法不能直接表征树脂对纤维的浸渍性能,既不能用于纤维品质的控制,也不能用于指导复合材料生产,具有很大的局限性。

2树脂对纤维集合体的浸润性测试

纤维往往以一束纱线或织物的方式应用到复合材料生产中,测试树脂对纤维集合体的浸润性,对纤维及复合材料的开发和生产具有重要意义。哈尔滨工业大学初琪等通过测试一束纤维在一定时间内吸附树脂的质量来表征纤维对树脂的浸透性。制样时,将一定根数的纤维置于塑料管内,使纤维在塑料管前端露出4mm长,并浸入到树脂液中,设定吸附时间为10min。测量结果为不同浸润剂处理的纤维在相同时间内吸附树脂的质量。这种方法不仅反应了纤维的表面性能,而且考虑了毛细压力在实际生产中的影响,更贴近生产实际。KrishnamPillai、张佐光等也采取了类似方法,测量了纤维在垂直、水平两个方向上的浸润特性。

“靶环法”是一种利用试样被树脂完全浸透所需时间来评价浸透速度的方法,用于测定玻璃纤维原丝毡片、机织物等产品的浸润性,得到了广泛应用。其测试原理是,当一定量的树脂注入试样后,玻璃纤维试样在被树脂浸润后由白色变为无色透明,测定从树脂注入到试样变得完全透明所需时间,即得到树脂浸透速率。一般情况下,该方法只适用于毡和布,不适用于稀松组织的织物。刘长莉等采用排线机制作纱线试样,通过控制张力、调节排线机的排线密度,使纱线排列均匀、整齐,有一定的致密性,不同支数的玻璃纤维原丝(或无捻粗纱)绕制成的试样具有同样的规格,都可以采用靶环法比较其浸润性,扩展了靶环法的测试范围。肖红波等采用摄像头拍摄树脂浸润纤维试样过程,再在采集的影音文件中,利用图像处理软件抓取图像、采集数据,该方法不仅能测试树脂对纤维布的浸润时间,而且能得到树脂在纤维布上的流动规律,对复合材料生产具有指导意义,进一步拓展了靶环法的测试功能。

树脂浸润法直观快捷、贴近生产实际,缺点是测试过程中树脂溶剂挥发快、人员观察主观性强,针对这个问题,邹新娥等设计了一种自动装置,利用红外光源发射探头对纤维织物的浸润过程进行全程透射测试,快速比较不同玻璃纤维布浸润性优劣。这种方法采用相对密封条件避免测试用树脂中溶剂的挥发,玻璃槽中可以同时测试多个样品,便于比较不同样品的浸润性优劣。采用计算机自动化控制,人为干扰因素少,准确性高,测试结果稳定。特别是很薄的玻纤布,浸润时间短,人员误差大,采用这种方法时,红外接收探头能够探测到人眼无法探测到的细微能量波动,结果更准确。另外,显微镜抓图法是采用电子显微镜定时拍摄玻纤布被树脂浸润的过程,用浸润相同时间玻纤布中的白纹多少来比较玻纤布浸润性的好坏。下沉法是在托盘中盛入一定粘度的树脂,然后将一定尺寸的试样平放于树脂液面,记录其下沉时间。以上方法中,凡是利用玻璃纤维制品被树脂浸渍后变透明的特性来进行测试的,都只适用于测试玻璃纤维制品,测试玄武岩纤维、碳纤维等深色增强纤维有困难。

3结语

(1)单纤维浸润性测试方法以纤维接触角的测试为主,方法精确严谨,受到了广大科研人员的认可,并根据需要开发出了一系列测试方法,具有重要的学术意义,但这类测试方法不能直接用于生产实践,具有一定的局限性。

(2)利用玻璃板制备浸润剂膜,测试树脂在浸润剂膜上的浸润性能,对浸润剂的开发和应用具有指导意义,但不能用于纤维和复合材料生产质量的控制。

(3)树脂对纤维集合体的浸润性测试,反应实际应用中各种复杂条件下树脂对纤维的浸润性能优劣,在指导复合材料生产和纤维品质控制方面起着重要作用。学者和研发人员设计了很多方法来实现对生产的模拟测试,但很多方法基于玻璃纤维被树脂浸渍后变透明的特性而设计,无法检测碳纤维、玄武岩纤维等有颜色的纤维,还有一些方法在模拟生产方面不够直观和准确,新的测试方法仍然值得继续探索和开发。目前,各种树脂对纤维的浸渍性测试方法各有千秋,科研工作者和生产人员应根据需要灵活选用,以满足科研、生产的不同需要。开发新的测试方法,满足不同纤维、不同应用场合、不同测试目的的需要,具有重要意义。

作者:唐琴琼 王康建 刘才容 徐鹏 单位:四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司 四川省纤维检验局

纺织科技进展杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次
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